第4讲 气体电介质的绝缘特性(三)

高电压技术1.3.4极不均匀场中的极性效应正棒－负板电子运动速度快，迅速进入棒极；棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场结果：（1）使电晕起始电压提高。（2）外部空间电场加强，有利于流注的发展，因此击穿电压较低。负棒—正板电子崩中的电子离开强电场区后，不再能引起电离，向阳极运动的速度也越来越慢。电子崩中的正离子加强了棒极附近的场强，使棒极附近容易形成流注。结论：（1）电晕起始电压比正极性时要低。（2）正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，削弱了外部空间的电场，阻碍了流注的发展，因此击穿电压较高。3上次课回顾曲率半径：曲率半径小的电极附近电荷密度高，易于使气体分子的电子脱离原子核，形成电离。电极曲率半径越大，越不易发生电晕放电，但有利于电晕放电的扩大，电晕放电发展得越强烈，空间电荷对电场均匀的作用越大均匀电场不易发生电离，但流注一旦形成，流注随即贯穿整个间隙，导致间隙击穿。（比较均匀电场中的电晕电压≈击穿电压）不均匀电场易发生电离，但流注形成后，需进一步增加电压才可能导致间隙击穿。（不均匀电场中的电源电压﹤击穿电压）帮助理解（棒板间隙的极性效应）的一些概念和特性正极发展的先导—正先导正极发展正流注负极发展的先导—负先导负极发展负流注负先导开始早，发展快。【棒棒间隙】负流注易形成，不易发展。（正流注不易形成，易发展）【棒板间隙】4预备知识直流电压、工频电压、雷电冲击电压、操作冲击电压幅值高的电压，作用一会就能击穿。幅值低的电压，需要长时间作用才能击穿。一定时间的作用足够幅值的电压足够幅值的电压击穿条件二、放电时延经t1电压升高到静态击穿电压，再经时间tlag，间隙才击穿。统计时延ts——从t1时刻到出现第一个有效电子所需时间。放电形成时延tf——从第一个有效电子出现直至间隙击穿所需时间。放电时延tlag＝ts＋tf冲击放电所需全部时间tb=t1+ts+tf•短间隙，电场较均匀，ts＞＞tf，放电时延取决于ts•长间隙，电场不均匀，ts短，tf长，放电时延取决于tf三、雷电50%冲击击穿电压（U50%）冲击电压作用下，保持波形不变。随冲击电压幅值的提高，间隙的击穿概率越来越大；当电压超过某一值后，间隙100%击穿。原因：随外加电压升高，放电时延缩短；由于放电时延的分散性，ts短的间隙易发生击穿，ts长的间隙不易发生击穿。放电时延具有统计特性U50%——在多次施加电压时，其中正好半数能导致击穿的电压，即击穿概率为50%的电压值，反映间隙的耐受冲击电压的特性四.伏秒特性1.雷电冲击电压持续时间短，间隙的击穿电压存在放电时延现象。用50%冲击击穿电压表征间隙击穿特性不够，需用击穿电压值与放电时间的关系曲线确定间隙的击穿特性，即伏秒特性。伏秒特性曲线的形状与电场分布有关均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦。极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。伏秒特性的分散性放电时间具有分散性，每级电压下测得不同的放电时间----伏秒特性是以上、下包络线为界的一个带状区域通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性表征间隙的击穿特性伏秒特性的用途Ｓ２对Ｓ1起保护作用在高幅值冲击电压作用下，Ｓ２起不到保护作用伏秒特性的配合：左图被保护设备绝缘的伏秒特性S1与保护间隙的伏秒特性S2，两间隙并联可达到完全保护。【绝缘配合】右图不能完全配合：电压较低时，S2可以保护S1；电压较高时，则不行10气体击穿电压的影响因素1、气体种类（强介电强度气体）4、气体状态（温度、气压、湿度等）3、电场形式按电场均匀程度分：均匀场/稍不均匀场/极不均匀场2、电压种类（直流、交流、雷电冲击、操作冲击等）•持续作用电压：直流和交流电压•冲击电压（持续作用时间段）：操作冲击和雷电冲击。一定时间的作用足够幅值的电压足够幅值的电压击穿条件稍不均匀电场（续）负极性下电晕起始电压比正极性略低稍不均匀电场中，不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿电压。所以负极下击穿电压略低于正极性下的数值1.6电场形式、电压波形与击穿电压的关系极不均匀电场波形影响大，分散性大，极性效应明显一、直流击穿电压三种间隙的击穿电压：负棒正板﹥棒棒间隙﹥正棒负板1.7大气条件对气隙击穿特性的影响标准大气条件：气压P0=101.3kPa，温度t0=20℃——空气密度绝对湿度f0=11g/m3。一、空气相对密度的影响二、湿度的影响对放电过程起到抑制作用——湿度越大，间隙的击穿电压也会越高。湿度增加，电离能力下降三、对海拔高度的校正随着海拔增高，空气密度减小，自由程λ增大，电离能力增大，间隙的击穿电压降低。1.8提高气体间隙击穿电压的措施两条途径：一、改善电场分布，使之尽量均匀改进电极形状利用空间电荷畸变电场的作用二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程(一）改进电极形状以改善电场分布增大电极\改善电极\使电圾具有最佳外形一、改善电场分布（二）利用空间电荷畸变电场的作用极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压重点棒电极为正极性屏障离尖电极过近，屏障效应将随之而减弱棒电极为负极性屏障离开尖电极一定距离，设置屏障反而将降低间隙的击穿电压屏障离棒电极过近，仍有相当的屏降效应